低硫膨胀石墨制备工艺与吸附性能研究

摘要

膨胀石墨是一种新型碳材料，具有疏松多孔的结构，且其表面积大。因此，其对大分子化合物有着超强的吸附能力，在多个领域得到了广泛地应用。近年来，在工业废水和海上溢油处理等方面，膨胀石墨发挥着日益突出的作用。
　　本文通过实验研究了低硫膨胀石墨（EG）的较佳制备工艺条件，并通过FE-SEM、XRD、FT-IR和TG-DTA等手段对其进行了物理性能表征。同时，系统考察了EG用量、染料溶液浓度和油品黏度、吸附温度、pH值和搅拌速度等因素对EG吸附性能的影响。此外，还进行了EG对两种染料的吸附动力学和热力学研究。主要研究结果如下：
　　所制备低硫EG具有疏松多孔的蠕虫状形貌和三级孔结构，相比于天然鳞片石墨，其结晶度略有降低。低硫EG的较佳制备工艺条件为：天然鳞片石墨（g）：高氯酸（mL）：冰醋酸（mL）：高锰酸钾（g）=8：20：14：1，插层温度为20℃，插层时间为60min，微波膨化功率为420W，膨化时间为15s。该条件下EG的膨胀容积可达530mL/g。并且各因素对EG膨胀容积影响的大小顺序为：CH3COOH体积>HClO4体积>插层温度>插层时间>膨化功率。
　　通过EG对罗丹明B和甲基橙溶液吸附过程研究得出：增大EG用量、增大染料溶液浓度、提高吸附温度、加快搅拌速度等均有利于提高EG对两种染料的吸附性能。随着工业油粘度的增大，EG对其吸附量也呈现逐渐增大的趋势。
　　在不同EG用量、染料溶液浓度、吸附温度、pH值和搅拌速度下，研究了EG对两种染料的吸附动力学，其均符合准二级动力学模型。而且，整个吸附过程包括液膜扩散、颗粒内部扩散和表面吸附三个步骤。
　　EG对罗丹明B和甲基橙溶液的吸附等温线均符合Langmuir吸附等温方程，表明上述吸附过程是以物理吸附为主的单分子层吸附过程。而且，△H>0，为吸热反应，升高温度有利于反应的进行；熵变△S>0，吸附自由能△G＜0，吸附活化能Ea在8-30kJ·mol-1范围内波动。